Des chercheurs de l'Institut national des normes et de la technologie ont mis au point un procédé simple de fabrication de « nano-framboises » en platine – des amas microscopiques de particules nanométriques du métal précieux. La forme en forme de baie est importante car elle a une surface élevée, ce qui est utile dans la conception de catalyseurs. Encore meilleure nouvelle pour les chimistes industriels :les chercheurs ont découvert quand et pourquoi les grappes de baies s'agglutinent en grappes plus grosses de « nano-raisins ».

La recherche pourrait aider à rendre les piles à combustible plus pratiques. Les nanoparticules peuvent agir comme catalyseurs pour aider à convertir le méthanol en électricité dans les piles à combustible. Le processus de 40 minutes du NIST pour faire des nano-framboises, décrit dans un nouvel article, présente plusieurs avantages. La grande surface des baies favorise des réactions efficaces. En outre, le procédé NIST utilise de l'eau, un solvant bénin ou « vert ». Et les grappes catalysent les réactions du méthanol de manière cohérente et sont stables à température ambiante pendant au moins huit semaines.

Bien que les baies soient faites de platine, le métal est cher et n'a servi que de modèle. L'étude permettra en fait d'orienter la recherche de matériaux catalytiques alternatifs, et le comportement d'agglutination dans les solvants est un problème clé. Pour les piles à combustible, les nanoparticules sont souvent mélangées à des solvants pour les lier à une électrode. Pour savoir comment ces formules affectent les propriétés des particules, l'équipe du NIST a mesuré pour la première fois l'agglutination des particules dans quatre solvants différents. Pour des applications telles que les piles à combustible au méthanol liquide, les particules de catalyseur doivent rester séparées et dispersées dans le liquide, pas agglutiné.

« Notre innovation a peu à voir avec le platine et tout à voir avec la façon dont les nouveaux matériaux sont testés en laboratoire, ", explique Kavita Jeerage, chef de projet. « Notre contribution essentielle est qu'après avoir fabriqué un nouveau matériau, vous devez faire des choix. Notre papier porte sur un seul choix :quel solvant utiliser. Nous avons fabriqué les particules dans l'eau et testé si vous pouviez les mettre dans d'autres solvants. Nous avons découvert que ce choix est important.

L'équipe du NIST a mesuré les conditions dans lesquelles les particules de platine, allant de 3 à 4 nanomètres (nm) de diamètre, agglomérés en grappes de 100 nm de large ou plus. Ils ont découvert que l'agglutination dépend des propriétés électriques du solvant. Les framboises forment de plus grosses grappes de raisin dans des solvants moins "polaires, ' C'est, où les molécules de solvant manquent de régions avec des charges fortement positives ou négatives, (l'eau est une molécule fortement polaire).

Les chercheurs s'y attendaient. Ce à quoi ils ne s'attendaient pas, c'est que la tendance n'évolue pas de manière prévisible. Les quatre solvants étudiés étaient l'eau, méthanol, éthanol et isopropanol, ordonné par polarité décroissante. Il n'y avait pas beaucoup d'agglomération dans le méthanol; les grappes sont devenues environ 30 pour cent plus grosses qu'elles ne l'étaient dans l'eau. Mais dans l'éthanol et l'isopropanol, les touffes sont devenues 400 % et 600 % plus grosses, respectivement—des grappes vraiment énormes. Il s'agit d'une suspension de très mauvaise qualité à des fins catalytiques.

Parce que les nanoparticules se sont agglutinées lentement et pas trop dans le méthanol, les chercheurs ont conclu que les particules pouvaient être transférées dans ce solvant, en supposant qu'ils devaient être utilisés dans quelques jours - en mettant effectivement une date d'expiration sur le catalyseur.